Sistemes Digitals i Microcontroladors ( SDMI )
| Crèdits: |
Departament: |
Tipus: |
Requisits: |
| 6.0 |
ESAII |
Obligatòria per l'ETIS
Optativa per l'EI
|
|
PI
- Pre-requisit per l' EI , ETIS
|
|
|
Professors
| Responsable: | Pere Marés Martí (pere.mares upc.edu). |
| Altres: | Antoni Grau Saldes (antoni.grauupc.edu)
Joan Climent Vilaró (joan.climentupc.edu)
Josep Fernàndez Ruzafa (josep.ruzafaupc.edu). |
Objectius Generals
L'alumne ha d'adquirir els coneixements que el capaciti per especificar, dissenyar i implementar sistemes digitals complexos i sistemes basats en microcontroladors, utilitzant llenguatges de descripció de hardware, eines CAD/CAE i entorns de desenvolupament. Ha d'adquirir les capacitats necessàries per al disseny d'interfícies d'entrada/ sortida i comunicacions.
Objectius Específics
Coneixements
- Capacitats i limitacions de les famílies lògiques: Compatibilitat, nivells lògics, restriccions tecnològiques.
- 2.1 Dispositius de lògica programable: Arquitectures i tecnologies
2.2 Llenguatges de descripció de hardware
- 3.1 Microcontroladors: famílies i estructures
3.2 Memòries: connexió al bus, restriccions tecnològiques i aplicacions
- 4.1 Dispositius específics dels microcontroladors
4.2 Interfícies per l'adaptació d'entrada/sortida
- Interfícies de comunicacions en sistemes microcontroladors.
Habilitats
- 1.2 Resoldre problemes d'interconnexió de portes lògiques garantint la propagació del senyal, detecció i eliminació d'espuris i metaestabilitat, camins de retard, dispersió de la senyal de rellotge.
- 2.1 Descriure el comportament d'un sistema digital utilitzant un llenguatge de descripció de hardware (VHDL)
2.2 Utilitzar les eines de CAD/CAE pel disseny, implementació i avaluació de sistemes digitals.
- 3.1 Resoldre el compromís Hardware/software en la implementació d'una determinada funció sobre un sistema microcontrolador.
3.1 Saber utilitzar les eines de desenvolupament de sistemes microcontroladors
3.2 Seleccionar el microcontrolador adient per tal de satisfer una especificació funcional (memòria, perifèrics, integrats, interfícies ...)
- 4.1 Dissenyar les interfícies d'entrada/sortida (adquisició sensorial,/actuació), d'adaptació elèctrica i d'adaptació temporal.
4.2 Disseny d'interfícies de comunicacions
- 5.1 Dissenyar i implementar el programa d'un microcontrolador (firmware) que compleixi les especificacions eficientment.
5.2 Obtenir un esquema simbòlic i elèctric d'un sistema microcontrolador
5.3 Resoldre el compromís en l'ús d'un microcontrolador o d'un sistema digital
Competències
- Especificació de dissenys de sistemes digitals i sistemes microcontroladors
- Generar correctament memòries tècniques del maquinari: diagrama de blocs, descripció sintètica dels components, diagrama simbòlic, mapes de memòria, esquemes elèctrics, taules de descodificació d'adreces
- Presentació tècnica del programari: diagrames d'execució, diagrames d'estats. taules de descripció de processos, llistats d'esdeveniments.....
- 4.1 Capacitat d'anàlisis crítica en el redisseny.
4.2 Saber treballar en equip
- Compatibilitat entre medi ambient i tecnologia, criteris de sostenibilitat
Continguts
Hores estimades de:
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext. |
Est |
A Ext. |
| Teoria |
Problemes |
Laboratori |
Altres activitats |
Laboratori extern |
Estudi |
Altres hores fora d'horari fixat |
|
1. Introducció: evolució tecnològica dels sistemes digitals i microcontroladors
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 1,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,0 |
0 |
2,0 |
|
- Laboratori:
Es contempla una visió històrica de la evolució dels sistemes cablejats cap a els dispositius de lògica programable (CPLD)i microcontroladors
|
|
2. Famílies lògiques: compatibilitat, característiques temporals, restriccions tecnològiques
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 2,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2,0 |
0 |
4,0 |
|
- Laboratori:
S'aprofundeix sobre el comportament físic de les portes lògiques i descobreix a l'alumne quines son les restriccions tecnològiques actuals i que s'han de conèixer i respectar per que els sistemes digitals funcionin correctament.
|
|
3. Arquitectura i tecnologia dels dispositius de lògica programable: PLD i FPGA
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 6,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6,0 |
0 |
12,0 |
|
- Laboratori:
A partir dels coneixement adquirits pels alumnes en l'assignatura IC en el disseny funcional de sistemes digitals i conegudes les seves restriccions tecnològiques, estudiem l'arquitectura, la tecnologia i l'utilització de les famílies de dispositius PLD. S'aprofundeix en el coneixement de la estructura, tecnologia i funcionalitat del FPGA mes complexos.
|
|
4. Tècniques de disseny de sistemes digitals. Llenguatges de descripció de hardware. Eines CAD/CAE
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 3,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6,0 |
0 |
9,0 |
|
- Laboratori:
S'estudien les tècniques utilitzades actualment per el disseny de sistemes digitals complexos a partir de dispositius de lògica programable així com les eines CAD/CAE més versàtils i actuals (VHDL, entorn de simulació, avaluació de comportament temporal, programació, test), que permeten dissenyar, implementar i avaluar sistemes digitals complexes reduint al màxim el període de desenvolupament.
|
|
5. Disseny i implementació d'un sistema digital segons les especificacions
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 0 |
0 |
10,0 |
0 |
8,0 |
0 |
0 |
18,0 |
|
- Laboratori:
Es desenvolupa tot el procés de disseny d'un sistema digital complex basat en un dispositiu programable FPGA: Especificació, descripció de hardware i implementació test i simulació amb eines CAD/CAE.
- Activitats de laboratori addicionals:
L'alumne ha de fer un estudi previ per tal de donar solució al problema de disseny plantejat i estructurar la descripció del sistema digital en un llenguatge de descripció de Hardware.
|
|
6. Estructures internes dels microcontroladors i capacitats
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 5,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4,0 |
0 |
9,0 |
|
- Laboratori:
S'estudien diferències entre els sistemes microprocessadors, microcomputadors i els microcontroladors disponibles. S'analitzarà les seves arquitectures internes, capacitats i prestacions.
L'alumne tindrà una visió amplia dels camps d'aplicació dels microcontroladors
|
|
7. Dispositius integrats especialitzats
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 4,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6,0 |
0 |
10,0 |
|
- Laboratori:
S'analitzen els dispositius específics, més currents, que es troben integrats en el microcontroladors. L'alumne aprendrà la utilització d'aquest dispositius. Es donaren exemples concrets d'aplicació d'aquest dispositius.
|
|
8. Expansió externa de les capacitats dels microcontroladors
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 4,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
8,0 |
0 |
12,0 |
|
- Laboratori:
L'alumne aprendrar a connectar dispositius externs al microcntrolador per tal d'ampliar les seves capacitats.També aprendrar a dissenyar les interficies necessaries per garantir la correcta connexió i per potenciar les comunicacions.
|
|
9. Programació dels microcontroladors: firmware
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 3,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4,0 |
0 |
7,0 |
|
- Laboratori:
S¿explicaran les prestacions software de que disposen els microcontroladors per tal de que la seva programació sigui òptima.
|
|
10. Programació d'un sistema microcontrolador concret
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 0 |
0 |
12,0 |
0 |
5,0 |
0 |
0 |
17,0 |
|
- Laboratori:
L'alumne es familiaritzarà amb al llenguatge de programació d'un microcontrolador concret i el seu entorn de desenvolupament a partir d'un conjunt de rutines que configuren una aplicació concreta. Se li demanarà que modifiqui determinats aspectes de l'aplicació per tal d¿aprofundir en la programació dels microcontroladors
- Activitats de laboratori addicionals:
Estudi del l'estructura, les capacitats, la programació dels dispositius integrats.
Estudi previ de la documentació de la parctica i de l'entorn de desenvolupament
|
|
11. Disseny d'un sistema digital concret basat en microcontroladors. Criteris de sostenibilitat tecnològica
|
| T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 0 |
0 |
8,0 |
0 |
10,0 |
0 |
0 |
18,0 |
|
- Laboratori:
Es muntarà una placa basada en un microcontrolador concret i se la dotarà d'una funció de control per tal de resoldre una aplicació especifica. Es dissenyaran les interfícies necessàries per tal d'adquirir la informació sensorial i del usuari i generar las accions de sortida adients.
Es farà concient a l'alumne de la importancia de tenir en compte el reciclatge i reutilització del components de la placa per efr sostenible la seva producció.
|
| - Total per tipus |
T |
P |
L |
Alt |
L Ext |
Est |
A Ext |
Total |
| 28,0 |
0 |
30,0 |
0 |
23,0 |
37,0 |
0 |
118,0 |
- Hores addicionals dedicades a l'avaluació:
|
2,0 |
- Total hores de treball per l'estudiant |
120,0 |
|
Metodologia docent
No es farà distinció entre classes de teoria i problemes pel fet que es pretén que l'assignatura tingui un caire de disseny. Les classes teòriques es reforçaran amb exemples d'aplicació real, mostrant les possibles alternatives de disseny. Amb aquesta metodologia l'alumna anirà desenvolupant el sentit crític i aprendrà a resoldre els compromisos de disseny de forma òptima.
En els diferents blocs temàtics es proposaran exercicis d'autoavaluació consistents en el desenvolupaments del sistemes digital i/o microcontroladors per tal de resoldre un problema especificat.
Mètode d'avaluació
L'avaluació de l'assignatura es determinarà a partir d'un examen parcial, un examen final, i tres pràctiques de laboratori obligatòries, fetes en grups de dues/tres persones. Un primer examen parcial (P) es realitzarà al final del primer bloc temàtic es a dir quant l'alumna ha adquirit les capacitats de disseny de sistemes digitals, mentre que l'examen final (F) hi entrarà la totalitat del temari. La nota de teoria representarà el 60% de la nota de l'assignatura.
A les pràctiques s'avalurà per una part segons les notes de seguiment de les pràctiques fetes al laboratori i per una altre part la valoració de l'informe de les pràctiques elaborat pels corresponents grups de laboratori. La nota de pràctiques contribuiran en un 40% en la nota final de l'assignatura.
De l'avaluació de les pràctiques s'obtindrà la nota de laboratori (L) i la nota global de l'assignatura es calcularà de la següent manera:
NF = max(P*0.25 + F*0.35, F*0.6) + L*0.4
Bibliografía bàsica
- W.Wolf Computers as components: principles of embeddes computing sytem design, Morgan Kaufman, 2001.
- John F. Wakerly Digital Design Principles and Practices, Prentice Hall, 2000.
- W.Wolf Computers as components: principles of embedded computing sytem design, Morgan Kaufman, 2001.
- John F. Wakerly Digital Design Principles and Practices, Prentice Hall, 2000.
- N. Alexandridis Design of Microprocessor-based Systems, Prentice Hall , 1993.
Bibliografía complementària
- F. Vahid & T. Givargis Embedded system design, Wiley & Sons, 2002.
- J. Ganssle The Art of Designing Embedded Systems, Newness, 1999.
Enllaços web
(Informació no introduïda)
Capacitats prèvies
Conceptes de fisica: Teoria de Circuits, senyals electriques, nivells lògics, dispositius...
Coneixer, a nivell de bloc, els elements bàssics dels sistemes digitals: Biestables, registres, multiplexors, contadors, memòries, descodificadors, ....
Coneixement sòlid dels diferents mòduls d'un computador i la seva interrelació
Coneixements de controladors programables: IT, PIC, USART, PIO
Saber progamar amb C i Ensamblador
|
fib.upc.edu